آزمایش بارگذاری دینامیکی شمع با چکش (PDA: Pile Driving Analyzer)

هنگامی که به دلیل نشست های زیاد بر روی خاک سست و یا مشکلات محیطی امکان استفاده از پی های سطحی وجود ندارد راه حل جایگزین استفاده از پی های عمیق یا شمع می باشد. با توجه به مکانیزم انتقال بار توسط شمع، بار وارده توسط اصطکاک جدار و مقاومت نوک به خاک وارد می گردد. طراح با استفاده از داده های به دست آمده با استفاده از آزمایش های برجا یا آزمایشگاهی، نوع و طول شمع را مشخص می کند.

تعیین ظرفیت باربری پی های عمیق با استفاده از روش های زیر انجام می شود:

• روش های تحلیل استاتیکی مبتنی بر پارامترهای مقاومت برشی
• کاربرد مستقیم نتایج آزمایش های درجا: مانند SPT و CPT
• آزمایش بارگذاری استاتیکی (Static Pile Load Test)
• روش های دینامیکی (Dynamic Pile Load Testing)
  • فرمول های دینامیکی
  • تحلیل معادله موج: WEAP
  • آزمایش بارگذاری دینامیکی شمع: PDA
  • تحلیل انطباق سیگنال: CAPWAP

در این مقاله به بررسی روش آزمایش بارگذاری دینامیکی شمع (PDA) پرداخته می شود.

با وجود قابل اعتماد بودن آزمایش استاتیکی فشاری برای تعیین ظرفیت باربری، این آزمایش پر هزینه و زمان بر است. بر خلاف آزمایش استاتیکی آزمایش دینامیکی کم هزینه تر و سریع تر است. در نتیجه علاوه بر امکان آزمایش تعداد بیشتری از شمع ها، در زمان و هزینه صرفه جویی می شود. در سازه های فراساحلی که شمع ها درون دریا و در داخل آب کوبیده می شوند انجام آزمایش استاتیکی عملا غیر ممکن است به همین خاطر در شرایط این چنینی استفاده از آزمایش بارگذاری دینامیکی شمع اجتناب ناپذیر خواهد بود.

فلسفه آزمایش مبتنی بر اندازه گیری دینامیکی مقادیر نیرو و سرعت در اثر ضربات وارده از چکش به راس شمع است. تمام روابط دینامیکی در تعیین ظرفیت باربری شمع از روابط نیرو- مومنتوم نتیجه شده اند. در آزمایش بارگذاری دینامیکی شمع عوامل زیر اثرگذار هستند:

راندمان چکش – وزن چکش – ارتفاع سقوط – مقدار نفوذ نوک شمع به ازای هر ضربه – فشردگی الاستیک بالشتک – فشردگی الاستیک شمع – فشردگی الاستیک خاک و وزن شمع

روش انجام آزمایش دینامیکی شمع یا تست PDA

برای انجام آزمایش دینامیکی شمع (تست PDA) ابتدا لازم است گیج ها به شمع متصل شوند. پس از آن شمع توسط چکش یا با استفاده از سقوط وزنه و یا انفجار کوبیده می شود. موج ایجاد شده ناشی از کوبش شمع توسط رایانه قرائت شده و مقدار نفوذ شمع درون خاک نیز برداشت می گردد.

نتیجه آزمایش دینامیکی شمع (PDA) به دست آوردن اطلاعات سرعت و تنش ایجاد شده درون شمع می باشد. با استفاده از سيستم تحليلگر شمع كوبی كه مقادير نيرو و سرعت در نزديکی راس شمع را نسبت به زمان اندازه گيری می نمايد می توان اطلاعات مختلفی را برداشت کرد. با استفاده از روش Case و مقادیر برداشت شده می توان ظرفیت باربری شمع را محاسبه نمود. با توجه به تحلیل حرکت موج می توان عملکرد چکش، بالشتک، همراستایی چکش با شمع و بازده چکش را بررسی کرد. با توجه به حرکت موج و با استفاده از بررسی تنش ها در شمع می توان مشکلات خرابی و آسیب دیدگی شمع حین کوبش را پایش نمود. همچنین طول و عمق ترک در شمع های بتنی و محل کمانش در شمع های فولادی را می توان مشخص کرد.

روش بررسی و به دست آوردن سرعت حرکت موج در طول شمع، قرائت کرنش ایجاد شده در شمع و سپس به دست آوردن سرعت با استفاده از زمان حرکت موج در شمع می باشد.

بر روی شمع یک کرنش سنج و یک شتاب سنج قرار می گیرد. با استفاده از کرنش سنج و به دست آوردن کرنش و سپس با داشتن مساحت شمع و مدول الاستیسیته ی شمع می توان نیروی وارد به شمع را محاسبه کرد. با استفاده از شتاب سنج نیز می توان از روی شتاب ابتدا سرعت موج و سپس نیروی ایجاد شده در شمع را محاسبه  کرد. این نیروهای به دست آمده از دو ابزار دقیق باید با هم مشابهت و هم بستگی داشته باشند. اطلاعات برداشت شده از روی ابزارها به رایانه فرستاده شده و نتایج به اپراتور نمایش داده می شود.

هنگام حرکت موج در محیطی مانند شمع تنش های فشاری و کششی ایجاد می شوند. تنش های فشاری مستقیما توسط کرنش سنج های نصب شده در نزدیکی راس شمع اندازه گیری می شوند. اما به منظور تعیین محل تنش حداکثر بهتر است از تحلیل انطباق سیگنال یا تحلیل معادله موج استفاده نمود.

تنش های کششی به صورت مستقیم قابل اندازه گیری نبوده و باید با استفاده از بررسی موج های پایین رونده و بالا رونده محاسبه شوند.

در هنگام انجام آزمایش دینامیکی شمع یا تست PDA لازم است تا با توجه به جنس شمع مقدار حداکثر تنش های کوبشی مجاز محاسبه گردند. یکی از موارد مهم مورد بررسی در شمع ها بررسی پیوستگی شمع می باشد. آسیب دیدگی شمع در محل هایی غیر از راس و انتهای شمع با استفاده از مسیرهای موج نیرو و سرعت قابل تشخیص است. در صورتی که در موج ایجاد شده در طول شمع، تفاوت ناگهانی به چشم بخورد می تواند نشان از وجود عدم پیوستگی و خرابی در شمع باشد.

از موارد قابل توجه در آزمایش دینامیکی شمع تغییر ظرفیت باربری خاک با گذشت زمان می باشد. حین کوبش به دلیل بر هم زدن شرایط طبیعی خاک ممکن است دو حالت گیرش و رهایی در خاک ایجاد شود. به همین خاطر لازم است کوبش شمع در دو مرحله صورت گیرد. فاصله ی بین کوبش اولیه و کوبش مجدد بسته به نوع خاک می تواند از چند روز تا چند هفته باشد. به دلیل تفاوت در ظرفیت باربری، عدم توجه به این موضوع می تواند مشکل ساز شود.

در صورتی که خاک دچار گیرش شود ظرفیت باربری به دست آمده پس از شروع کوبش مجدد بیشتر از ظرفیت باربری شمع در انتهای کوبش اولیه است و هنگامی که رهایی خاک اتفاق بیفتد ظرفیت باربری پس از کوبش مجدد کمتر از ظرفیت باربری در انتهای کوبش اولیه است. لازم به ذکر است هنگام کوبش مجدد باید انرژی چکش به حدی باشد تا انرژی لازم برای فعال کردن مقاومت شمع حاصل شود.

مزایای تست بارگذاری دینامیکی شمع (آزمایش PDA)

با انجام آزمایش بارگذاری دینامیکی شمع یا PDA تست به دلیل آن که آزمایش بر روی شمع های با ابعاد واقعی و شرایط واقعی انجام می شود نتایج دقیقی به دست خواهد آمد. همچنین آزمایش دینامیکی نسبت به آزمایش استاتیکی سریع تر و ارزان قیمت تر است و همچنین به دلیل کوبش در دو مرحله امکان بررسی و مقایسه مقاومت خاک در کوبش اولیه و در کوبش مجدد وجود دارد.

معایب آزمایش بارگذاری دینامیکی شمع (تست PDA)

از معایب تست PDA می توان به عدم فعال شدن مقاومت شمع اشاره کرد. در صورتی که انرژی چکش به اندازه ای نباشد که بتوان توسط آن مقاومت شمع را مجددا فعال کرد پیش بینی ظرفیت باربری شمع بسیار مشکل می شود.

آزمایش های مکمل تست بارگذاری دینامیکی شمع (تست PDA)

در کنار آزمایش PDA می توان از آزمایش های دیگری به عنوان آزمایش های مکمل استفاده کرد. یکی از این آزمایش ها، آزمایش یکپارچگی شمع بر اساس روش های صوتی می باشد. روش پیمایش صوتی بین چاهی (CSL) در حال حاضر وسیعترین و گسترده ترین آزمایش یک پارچگی شمع به شمار می رود. در این روش لوله های دسترسی عمودی هنگام اجرا داخل قفسه ی آرماتور تعبیه شده و با آب پر می شوند تا انتقال امواج صوتی فشاری با فرکانس بالا میسر شود. یك فرستنده صوتی در یك لوله و یك ردیاب گیرنده در لوله ی دیگر در همان عمق به پایین فرستاده می شود. فرستنده یك پالس صوتی منتشر نموده، سیگنال از داخل بتن عبور کرده و توسط گیرنده دریافت میگردد.

آزمایش دیگر آزمایش یکپارچگی شمع بر اساس روش گاما-گاما می باشد. روش پیمایش گاما- گاما (GGL) بر مبنای اندازه گیری سرعت ذرات گاما که در محیط بتن منتشر می شود، است. این ذرات توسط گیرنده ی پرتوی گاما اندازه گیری می شوند.

آزمایش یکپارچگی شمع یا تست Pile integrity test) PIA) بر اساس روش های حرارتی نیز آزمایش مکمل دیگری است تا یکپارچگی شمع را بررسی کند. آزمایش یکپارچگی شمع یا (تست PIT) یک تکنیک غیر مخرب بوده و بر مبنای اندازه گیری توزیع دما در شمع درجا در مدت فرآیند مراقبت از بتن می باشد. بر این اساس که دمای شمع درجا در دوره زمانی بتن ریزی در نتیجه ی حرارت تولید شده به واسطه عمل آوری بتن افزایش می یابد. اگر سطح مقطع یکنواخت باشد، پروفیلی یکنواخت و متقارن ایجاد می شود و غیر یکنواخت بودن مقطع، دلالت بر فضای خالی یا دخول خاک دارد که دمای در این مکان تغییر خواهد یافت.  بنابراین اندازه گیری های نشان دهنده ی توزیع دمای غیر یکنواخت به عنوان ناهنجاری، مورد ملاحظه قرار می گیرند.

مطالب بیشتر

سایر خدمات

.